Использование межпредметных связей при изучении композиционных электроактивных материалов в курсе магистратуры

механоэлектреты - получают прессованием или другими способами формования полимерных образцов без воздействия электрического поля от внешнего источника;

магнетоэлектреты - получают при термомагнитной обработке диэлектриков без воздействия электрического поля от внешнего источника.

Электреты имеют на своих поверхностях равные и противоположные заряды, однако в последнее время появились та

к называемые моноэлектреты - образцы диэлектриков, имеющие равные заряды одного и того же знака с разных сторон. Стабильность электретных зарядов обеспечивается (помимо низкой электропроводности электретных материалов и большого времени релаксации дипольной ориентации) наличием противозарядов на противоположной заряженной поверхности или на электродах, находящихся вблизи заряженной поверхности. В этих случаях емкость системы резко возрастает, и соответственно растет время релаксации τ= RC.

Электреты, получаемые после статической электризации или трения, называют иногда "статическими электретами" или "трибоэлектретами".

Кроме перечисленных способов получения электретов существует еще способ заряжения с применением жидких электродов, по которому высокое напряжение подводится с одной стороны к напыленному на поверхность полимера металлическому электроду, а с другой - к жидкости, омывающей противоположную поверхность. Затем жидкость сливают, поверхность высушивают, и получается электрет с потенциалом поверхности, точно соответствующим подаваемому напряжению.

Все электреты можно разделить на две группы: электреты, обладающие дипольными зарядами, и электреты, обладающие инжектированными извне зарядами. В первом случае знак заряда на поверхности противоположен знаку напряжения на прилегающем электроде, поэтому этот вид зарядов называют также гетерозарядом; во втором случае знак заряда на поверхности тот же, что и напряжение на прилегающем электроде, этот заряд называют гомозарядом. Однако гетерозаряд может возникать не только в результате дипольной ориентации, но и от смещения ионов в процессе поляризации.

Методы определения поверхностной плотности зарядов и потенциала поверхности.

К важнейшим характеристикам электретов относятся поверхностная плотность зарядов и время ее релаксации (уменьшения в с раз). Поверхностную плотность зарядов определяют различными методами, из которых важнейшим и наиболее старым является индукционный статический метод, или метод подъемного электрода. Иногда этот метод называют по фамилии автора, его разработавшего, метод Эгучи (или Эгути); метод стандартизован (ГОСТ 25209-82). Сущность метода подъемного электрода заключается в измерении напряжения на образцовом конденсаторе, соединенном с подвижным электродом, на котором индуцируется заряд от заряженной поверхности электрета. Для испытаний используют образцы в виде плоских пластин, дисков, пленок толщиной 0,1-3 мм и диаметром (для дисков) 50 + 0.5 или 25 ± 0.5 мм.

Рис.1. Схема установки для определения σэф методом подъемного электрода (а) и кассета для пленочного электрета (б):

1 - нижний неподвижный электрод; 2-электрет; 3-верхний подвижный электрод,4 - изолятор; 5 - шток, 6 - штатив,7 - ручка,8 - выключатель,9 - образцовый конденсатор; 10-статический вольтметр.

Испытания проводят следующим образом. Образец помешают на нижний электрод электродного устройства рабочей стороной кверху (при поднятом верхнем электроде). Верхний электрод опускают на образец, замыкают на землю и отключают от нее после чего верхний электрод поднимают и отсчитывают показания на вольтметре. Поверхностную плотность зарядов образцов электретов σэф (Кл/М2) вычисляют по формуле:

σэф=VCоб/S

Где (V-напряжение на вольтметре, В; Соб - сумма емкости конденсатора и входной емкости вольтметра и емкости проводов, Ф; S-площадь электродов, м2.

Для большей точности измерений верхний электрод снабжают охранным кольцом.

Электретную разность потенциалов (потенциал на поверхности электрета) рассчитывают по формуле:

Vэф= (σэф/. ε0ε) L,

где ε0 - электрическая постоянная, равная 8,854-10-12 Ф/м; ε - относительная диэлектрическая проницаемость материала электрета, L-толщина электрета, м; если σэф выражают в нКл/см2, a L в мм.

Недостаток метода подъемного электрода заключается в том, что при опускании верхнего электрода и его последующем отрыве от поверхности электрета происходят разряды между поверхностью электрета и электродом и (или) образование дополнительных зарядов вследствие разрыва контакта. Возможно также загрязнение поверхности электрета. Все эти явления искажают действительное значение σэф. Поэтому иногда электрод опускают не прямо на поверхность, а до определенного зазора между поверхностью и электродом. Для этого к краям электрода прикрепляют шарики или небольшие цилиндры из высококачественных изоляторов высотой до 1 мм.

Другой метод определения σэф - компенсационный. Сущность метода заключается в измерении напряжения, подаваемого на электроды для компенсации электрического поля, индуцируемого электретом в зазоре электрет - подвижный вибрирующий электрод. По ГОСТ 25209-82 этим методом рекомендуется измерять пленочные образцы диаметром 25 ± 0,5 и 10 ± 0,5 мм и толщиной 0,002-0,100 мм, а также диаметром 5 + 0,2 мм и толщиной 0,002 0,050 мм.

Рис.2. Схема установки для определения электретного потенциала компенсационным методом:

1-втулка-изолятор; 2 - основание; 3-неподвижный электрод; 4 - электрет; 5-кассета: 6-стопорный винт.7-штатив; 8-пружина; 9-селеноид; 10-вгулка; 11-генератор; 12-осинллографический индикатор нуля; 13-источник постоянного напряжения (регулируемый); 14 - вольтметр; 15 - переключатель.

Испытания проводят следующим образом. Образец электрета помещают между электродами так, чтобы сторона электрета с электропроводящим покрытием контактировала с неподвижным электродом. Вибрирующий электрод подводят на расстояние 0.2-1,0 мм к заряженной поверхности электрета. Изменяя величину и полярность компенсирующего напряжения, добываются нулевого показания на осциллографическом индикаторе. Компенсирующее напряжение - электретную разность потенциалов Vэ - записывают в целых единицах Вольт. Поверхностную плотность зарядов (Кл/м2) вычисляют по формуле:

σэф=ε0εVэ/L

При использовании образцов с приведенными выше размерами и приборов с указанными погрешностями измерений среднеквадратичная погрешность измерения о,* при статическом методе подъемного электрода составляет не более ± 8% от среднего значения измеряемой величины, а при измерениях компенсационным методом не более ± 6%.

Распределение зарядов по поверхности

Эффективность работы приборов с электретами существенно зависит от распределения зарядов по поверхности электретов. Резко неоднородное распределение зарядов после приготовления электретов приводит к преждевременному их спаду из-за компенсации зарядов разного знака и из-за перераспределения их по поверхности до выравнивания. Кроме того, неоднородное распределение зарядов приводит к нестабильности работы и искажению характеристик электретных микрофонов и других изделий.